Experimental studies of ocean acidification impact on coastal marine organisms and ecosystem

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26220102
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 野尻 幸宏 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (10150161)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 正裕 公益財団法人海洋生物環境研究所, 海生研実証試験場, 主査研究員 (20444870) ; 井上 麻夕里 岡山大学, 自然科学研究科, 特別契約職員(助教) (20451891) ; 酒井 一彦 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (50153838) ; 高見 秀輝 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 東北区水産研究所, 主任研究員 (50371802) ; 井口 亮 沖縄工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50547502) ; 鈴木 淳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究グループ長 (60344199) ; 石田 明生 常葉大学, 社会環境学部, 教授 (60359148) ; 中野 智之 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 助教 (90377995)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / 海洋酸性化 / 沿岸生物 / 石灰化 / 生態系影響 / 飼育実験 / サンゴ / 水産有用種

Outline of Annual Research Achievements

屋内型CO2制御装置を用いた研究では、サンゴのプラヌラ幼生の定着率と、定着後の初期ポリプの成長・代謝に及ぼす海洋酸性化の影響の評価として、サンゴ産卵期に得られたコユビミドリイシのプラヌラ幼生と初期ポリプを用いて、4段階の酸性化暴露実験を行った。
6段階同時計測型大容量CO2制御装置を用いた研究では、世代交代の早い熱帯性のテンジクダイ科魚類Pterapogon kauderniの第0世代（親世代）を3段階のpCO2に設定した海水でペア飼育し、産卵回数と産卵間隔を求めた。第1世代稚魚のCO2影響急性毒性実験を行った。継代飼育実験は継続中である。アカガイ，ウバガイの2種について海洋酸性化実験を実施し、体成長や殻成長への影響を評価した。アカガイは酸性化条件下でも殻成長・体成長ともに有意な変化はみられなかった一方で、ウバガイでは酸性化が進行するほど、殻の厚みが薄くなる傾向がみられ、種による海洋酸性化耐性の違いが顕著であった。
屋外型CO2制御装置を用いた研究では、海洋酸性化がサンゴ種間の空間競争に及ぼす影響を評価した。2種のサンゴを異種間であるいは死んだサンゴと接触させ、通常海水と酸性化海水中で飼育し骨格の伸長から酸性化と種間競争の影響を評価した。エゾバフンウニについて、異なるpCO2下で幼体から成体に成長するまで長期飼育し、生残、成長、摂餌量を比較した。生残率と体重当たりの摂餌量には濃度区間で有意差は認められなかった。飼育終了後、ウニの棘の微細構造を電子顕微鏡で観察した結果、1000μatm以上の濃度区では微細な構造が失われ溶解の痕跡が認められた。大型の魚種としてマダイの再生産における海洋酸性化の影響評価実験を実施した。定着板の比較実験を行った上で、5段階にpCO2調整した水槽による環境海水を用いた加入実験を参画機関施設で開始し、継続中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

種レベル影響評価では琉球大学研究施設で、海洋の温暖化と酸性化で最も脆弱な生物群のひとつと考えられるサンゴを中心とする亜熱帯生物の海洋酸性化研究が進められ、世界の研究者との共同研究を含めて実施された。石灰化生物の石灰化機構に関しては、化学分析・同位体分析による成果があった。亜寒帯生物に関しては、主に水産研究・教育機構宮古施設で巻貝、ウニなどの影響評価実験が進行している。
生態系影響を評価する実験としては、サンゴの種間競争、無節サンゴ藻と貝の着底の関係などの実験が実施できた。加入・定着実験は、当初の想定より開始が遅れたものの、今後の成果が期待される。
魚類の再生産実験では、世界でも始めての海洋酸性化条件下における継代飼育実験が順調に進行している。全てをpCO2制御した系で、親世代の産卵から次世代稚魚の飼育、次世代の産卵、次次世代稚魚の飼育、という当初計画から時間がかかることを想定した実験であり、今後の進捗が期待される。また、年間1回しか行えないマダイの再生産における海洋酸性化実験では、水槽あたり80L毎分という莫大な量の海水のCO2を制御して行う実験が成功し、年々実験の精度も高まっている。
温暖化・海洋酸性化複合実験では、供給海水の水温制御が可能な海生研柏崎における実験で、サンゴに対する複合影響の評価実験が進められた。また、琉球大学施設においてもサンゴに対する温暖化・海洋酸性化複合実験が進行している。
酸性化影響モデルに関しては、実験グループの成果を活用するような今後の進捗が必要である。

Strategy for Future Research Activity

屋内型装置を用いた種レベルの影響評価実験は、西部太平洋に位置するわが国の研究として意義のある生物種・群に関する実験を継続する。これまでに実施した研究のまとめとともに、温度制御を行いやすい屋内型装置を活用して、高水温と酸性化の組み合わせでサンゴの石灰化に種間の影響差があるかどうかの実験を行う。
6段階同時計測型大容量CO2制御装置を用いた研究では、魚類の継代飼育実験を継続する。第0世代から第1世代を経て第2世代の生産を開始している段階であり、第3から第4世代まで継代することが可能と考えられる。魚類の再生産を完全に高CO2環境で行う世界初の実験であり、海洋酸性化に高等動物が順化・適応する可能性があるかを評価する貴重なデータが得られることが期待される。また、海洋生物の石灰化応答における分類群による違いや種による差異の原因解明を行う。石灰化応答の違いは、それぞれの石灰化機構の違いに起因している可能性が高く，骨格形成部位への外部海水の供給量が酸性化耐性を規定するのではないかとの作業仮説を検証する。
屋外型CO2制御装置も用いる実験では、装置が長期間に生物を飼育することに適しているため、瀬底施設では長期間のサンゴ飼育を行う。半年以上酸性化海水でサンゴを飼育し、酸性化がサンゴの成長に及ぼす長期的影響と有性生殖に及ぼす影響に関する実験を実施する。宮古施設ではキタムラサキウニについて、幼体から成体まで異なるpCO2下で長期飼育実験を行い、生残、成長、成熟、摂餌量、殻の形成機構などに及ぼす海洋酸性化の影響を評価する。飼育開始時から棘の分析を実施することとなり成長に応じた化学成分の変動とpCO2の関係性を考察する。屋外型装置を用いる加入・定着実験については４施設で継続する。着底板サンプルの細菌叢および石灰藻類のメタバーコーディング解析から、目視以外の生物群の分類解析も実施する。

Research Products

• [Journal Article] Habitat selection by marine larvae in changing chemical environments (2017)
  • Author(s): Lecchini, D., Dixson, D. L., Lecellier, G., Roux, N., Frederich, B., Besson, M., Tanaka, Y., Banaigs, B., Nakamura, Y.
  • Journal Title: Marine Pollition Bulletin Volume: 114 Pages: 210-217
  • DOI: 10.1016/j.marpolbul.2016.08.083
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 水産有用種への海洋酸性化影響 (2017)
  • Author(s): 林正裕, 山本雄三, 諏訪僚太, 吉川貴志, 渡邉裕介, 西田梢, 鈴木淳, 野尻幸宏
  • Journal Title: 月刊地球 Volume: 39 Pages: 289-294
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Calcification process dynamics in coral primary polyps as observed using a calcein incubation method (2017)
  • Author(s): Ohno, Y., Iguchi, A., Shinzato, C., Gushi, M., Inoue, M., Suzuki, A., Sakai, K., Nakamura, T.
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 9 Pages: 289-294
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2017.01.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Combined ocean acidification and low temperature stressors cause coral mortality (2016)
  • Author(s): Kavousi, J., Parkinson, J. E., Nakamura, T.
  • Journal Title: Coral Reefs Volume: 35 Pages: 903-907
  • DOI: 10.1007/s00338-016-1459-3
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Colony-specific calcification and mortality under ocean acidification in the branching coral Montipora digitate (2016)
  • Author(s): Kavousi, J., Tanaka, Y., Nishida, K., Suzuki, A., Nojiri, Y., Nakamura, T.
  • Journal Title: Marine Environmental Research Volume: 119 Pages: 161-165
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2016.05.025
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Historical reconstruction of ocean acidification in the Australian region (2016)
  • Author(s): Lenton, A., Tilbrook, B., Matear, R. J., Sasse, T. P., Nojiri, Y.
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 13 Pages: 1753-1765
  • DOI: 10.5194/bg-13-1753-2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The role of symbiotic algae in formation of coral primary polyp skeleton: 3D morphological study based on X-ray micro-CT (2016)
  • Author(s): Iwasaki, S., Inoue, M., Suzuki, A., Sasaki, O., Kano, H., Iguchi, A., Sakai, K., Kawahata, H.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 17 Pages: 3629-3637
  • DOI: 10.1002/2016GC006536
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 海洋酸性化がマダイの再生産に与える影響 (2017)
  • Author(s): 林正裕・諏訪僚太・山本雄三・箕輪康・渡邉裕介・野尻幸宏
  • Organizer: 平成29年度日本水産学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学（東京都港区）
  • Year and Date: 2017-03-26 – 2017-03-30
• [Presentation] 日本周辺海域における酸性化とモニタリングの現状 (2017)
  • Author(s): 小埜恒夫
  • Organizer: 海洋政策研究所シンポジウム「温暖化・海洋酸性化の研究と対策に関する国際会議～西太平洋におけるネットワーク構築に向けて～
  • Place of Presentation: 海洋政策研究所（東京都港区）
  • Year and Date: 2017-01-19 – 2017-01-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PICESによる北太平洋域の酸性化情報収集活動 (2017)
  • Author(s): 小埜恒夫
  • Organizer: 海洋政策研究所シンポジウム「温暖化・海洋酸性化の研究と対策に関する国際会議～西太平洋におけるネットワーク構築に向けて～
  • Place of Presentation: 海洋政策研究所（東京都港区）
  • Year and Date: 2017-01-19 – 2017-01-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Coastal acidification and fishery in Japan (2017)
  • Author(s): Ono, T.
  • Organizer: GEOSS-AP Symposium
  • Place of Presentation: 東京国際交流館（東京都江東区）
  • Year and Date: 2017-01-11 – 2017-01-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of elevated CO2 on zooxanthellate reef corals Acropora digitifera and Montipora digitata (2016)
  • Author(s): Manullang C., Sakai, K.
  • Organizer: 第19回日本サンゴ礁学会大会
  • Place of Presentation: 沖縄タイムスビル（沖縄県那覇市）
  • Year and Date: 2016-12-01 – 2016-12-04
• [Presentation] The combined effect of high pCO2 and warming on reproduction of Japanese whiting Sillago japonica (2016)
  • Author(s): Suwa, R., Yamamoto, Y., Hayashi, M., Kikkawa, T., Watanabe, Y., Minowa,Y., Nojiri, Y.
  • Organizer: PICES 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-02 – 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of ocean acidification on growth of juvenile Japanese surf clam Pseudocardium sachalinense (2016)
  • Author(s): Hayashi, M., Suwa, R., Kishida, C., Watanabe, Y., Minowa, Y., Nishida, K., Suzuki, A., Nojiri, Y.
  • Organizer: PICES 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-02 – 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 放射性炭素同位体および炭素安定同位体による二枚貝類の殻・軟体部の炭素源の推定と海洋酸性化影響の評価 (2016)
  • Author(s): 西田梢, Chew, Y. C., 横山祐典, 鈴木淳, 宮入陽介, 平林頌子, 林正裕, 野尻幸宏
  • Organizer: 2016年度日本地球化学会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [Presentation] 酸性化条件下における二枚貝殻の酸素・炭素同位体応答 (2016)
  • Author(s): 西田梢, 林正裕, 鈴木淳, 佐藤瑞穂, 野尻幸宏
  • Organizer: 日本地質学会第123年学術大会
  • Place of Presentation: 日本大学文理学部（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2016-09-10 – 2016-09-12
• [Presentation] Temperature dependency of skeletal growth and compositions of temperate Acropora coral species around Japan (2016)
  • Author(s): Suzuki, A., Mori, C., Inoue, M., Okai, T., Isono, R., Hayashi, M., Yamamoto, Y., Suwa, R., Yamano, H., Nomura, K., Nojiri, Y., Kawahata, H.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] pHイメージング法によるサンゴの酸性化応答の可視化 (2016)
  • Author(s): 大野良和, 井口亮, 新里宙也, 井上麻夕里, 鈴木淳, 酒井一彦, 中村崇
  • Organizer: 第18回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学函館キャンパス（北海道函館市）
  • Year and Date: 2016-05-28 – 2016-05-29
• [Presentation] Effects of ocean acidification on shell and somatic growth, and stable isotopes of shell carbonate of two species of abalones (2016)
  • Author(s): Nishida, K., Nagoshi, A., Suzuki, A., Irie, T., Hayashi, M., Yamamoto, Y., Suwa, R., Watanabe, Y., Kikkawa, T., Sato, M., Nakashima, R., Nojiri, Y., Kawahata, H.
  • Organizer: 日本地球惑星連合大会2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-21 – 2016-05-26
• [Presentation] 軟体動物殻の同位体分別への酸性化影響：海水の炭酸系および代謝影響に注目して (2016)
  • Author(s): 西田梢, 林正裕, 名越丹理, 川幡穂高, 佐藤瑞穂, 鈴木淳
  • Organizer: 日本地球惑星連合大会2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-21 – 2016-05-26